青島市災害性天氣預警監測與服務平臺設計

王建林　趙文雪

摘 要：該文結合青島地區的特殊地理環境，根據青島地區各類災害性天氣的氣象標準，建一套基于GIS的有效監測、跟蹤、定位、報警的監控平臺，對短時強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹等強對流天氣進行自動識別、預報、制作的綜合性預報業務平臺。此平臺大大便捷于業務人員的工作，對于提高氣象服務質量水平起了關鍵的作用。

關鍵詞：青島市 災害性天氣 平臺設計 asp.net

中圖分類號：P409 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0195-03

青島市地處中緯度沿海地區，短時強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹、海霧等災害性天氣頻發，突發性較強，且時空分布不均勻， 致災危險性較大[1]。給青島市的經濟發展和人民生命財產造成了嚴重威脅，災害性天氣預報服務顯得尤為重要。近些年來，隨著氣象現代化水平的不斷提高，目前青島市氣象局已經在青島地區布設了160多個氣象自動監測站，這些自動站包括四要素、六要素級及七要素自動站；建立了2部天氣雷達（一部移動式車載雷達）一部風廓線測風雷達，一部L波段探空雷達；海區架設海島站，高速路均建設探測資料，遠海域投擲了2部浮標站以增加海域監測，同時接受全國高頻次的衛星資料。海量的各類氣象資料需要集成顯示，便于預報員的使用。本文介紹的平臺包括災害性天氣預警監測與氣象預報服務兩個主要業務系統。其中天氣預警監測平臺是基于GIS基礎上的集成青島市所有探測資料的實時監控信息，對短時強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹、海霧等災害性天氣進行自動監測、跟蹤、定位、報警。當出現災害性天氣發生時， 通過電腦語音、字幕等方式對災害性天氣發出預警，預報人員根據資料分析，制作預報，做出準確及時的氣象服務。

1 青島地區主要的災害天氣

青島屬半濕潤溫帶季風氣候。冬季盛行西北風，夏季盛行東南風，雨熱同季，四季較為分明。氣候溫和濕潤，雨量較為充沛，春末夏初多海霧。受海洋的影響，自西北到東南沿海地區，海洋性氣候特點愈加顯著。主要氣象災害有：大風、熱帶氣旋、暴雨洪澇、大霧、冰雹、雷電、干旱、龍卷等。從統計分析，海霧、強對流、大風是對青島地區影響較為嚴重的氣象要素，

1.1 霧的氣象標準[2]

霧：指水平能見度在1000～500（含）m的霧；濃霧：指水平能見度在500～50（含）m的霧；強濃霧：指水平能見度小于50 m的霧。

青島地區多以平流海霧為主，多發生在春夏兩季，以4～7月的海霧最盛，持續時間最長可達半月之久。輻射霧多以內陸地區出現，常發生在冬春兩季。

1.2 大風的氣象標準

出現大風是氣象站在定時天氣觀測時次任意一次觀測到兩分鐘或有自記氣象儀器任意10 min記錄到的平均風力達到6級（10.8 m/s）或以上，或者瞬時風力大于等于178 m/s。

青島地區大風冬春季節主要受寒潮天氣影響，以偏北大風為主；夏秋季節受熱帶氣旋影響，以偏南風為主。沿海風速大于內陸風速，平原風速大于山區風速。

1.3 降水的氣象標準

一般情況下降水以24 h為標準，其中標準如下：大雨：25～50 mm；暴雨：50～100 mm；大暴雨：100～200 mm，大于200 mm的為特大暴雨。

青島地區年平均暴雨2.1 d，一般出現在5～10月，其中1/3在8月。青島暴雨多發生在夏季，其次是春夏之交和夏秋之間最頻繁。山區多于平原，南部沿海多于北部內陸。

2 預警監測與預報服務平臺設計

本項目預警監測平臺與預報服務平臺采用B/S結構，在這種結構下，用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在前端（Browser）實現，但是主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，形成所謂3層結構，可大大簡化客戶端電腦載荷，減輕系統維護與升級的成本和工作量，降低用戶的總體成本（TCO）[3]。本次開發語言采用visual Studio 2008平臺下的ASP.NET/C#語言。數據庫則采用了oracle數據庫。

2.1 災害天氣預警監測平臺設計

災害天氣預警監測平臺集合各種氣象資料采用樹形結構，探測實況以及實況分析主要包括青島地區的自動站實時資料（曲線圖和表格明細）；浮標站實況資料；水平實時風廓線圖；十分鐘自動站雨量實時資料；能見度站實時資料及分布；梯度風實時圖，衛星云圖和雷達圖等探測資料。基本實現了災害性天氣的不間斷立體觀測。部分監測資料基于GIS技術有效地對短時強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹等強對流天氣進行監測、跟蹤、定位、報警。

自動站監測：基于GIS技術，綜合顯示全市自動站雨量、風向、風速、溫度等常規要素，同時針對特殊要素單獨界面顯示，例如雨量1 h（10 min）監控界面，相對濕度、能見度、多個大監站溫度曲線實時顯示等。并設置閾值，聲音報警方式提示預報員預警信息。

海洋監測：利用沿海自動站、海島自動站、浮標站、雷達、衛星、梯度風塔等資料組成了青島近海海域三維立體海洋監測系統網。

交通氣象監測：重要高速路兩側架設自動站，提供能見度、風向、風速、溫度等氣象信息，同時增加同時數據與交通部門共享。

雷達監測：S波段全天候觀測多普勒雷達可以測得云雨的

衛星監測：自動顯示中國氣象局下發的各類云圖。

雷電監測：青島地區布設 同時從山東省氣象局自動讀取

其他探測資料：包括風廓線、L波段雷達、單兵站、梯度風塔等觀測資料。

當探測實況資料出現或者達到預警閾值時，系統將根據不同的的預警等級用不同的聲音與顏色預警進行聽覺與視覺提醒，同時短信通知業務值班人員。部分預警值可隨時根據需求調整。

雨量報警：24小降水累積達到大雨級（25 mm）標注數字的顏色變為藍色、聲音報警，達到暴雨級（50 mm）標注數字的顏色變為紅色、聲音報警。一小時超過10 mm（可選）報警、每10 min超過2 mm（可選）報警。endprint

風監測：實時十分風速、風向（風羽表示，顏色報警6級藍色、8級紅色、10級橙色、12級紅色）、陣風（數字表示，7級藍色、9級紅色、11級橙色、13級紅色）聲音報警。

能見度監控：能見度實時監控，以圖形與文字表示、顏色聲音報警，<1000 m藍色、<500 m黃色、<200 m橙色、<50 m紅色來表示，同時以聲音報警。

2.2 災害天氣氣象服務平臺設計

災害性天氣氣象服務平臺主要是根據服務需求，預報員便捷地瀏覽各數值預報結果或者集成預報結論，編輯、制作并發布預報結論及服務材料。

預報預測模塊：通過集成各數值預報結果，建立了以中、短期預報與災害性天氣預報系統警報為核心的預報業務系統。通過對衛星、雷達、自動站資料的同化，建立了短時強降水、大風、冰雹、海霧等強天氣的短時臨近精細化預報。同時計算各種災害性天氣指數參數并圖形化顯示[4]，便于預報員集成瀏覽各類數值預報。

預報服務模塊：通過集約化管理，集成顯示制作各種上報所需的決策資料，建立模板，一鍵式制作，人工干預后合成文檔，發布其所需單位。常規業務制作產品按照時間節點提請制作。同時平臺還有災情落區預報、災情收集、災害性天氣個例庫、預報指標文檔等信息。

3 數據庫設計

根據設計需求，氣象探測資料中自動站數據定義為2張表：小時數據表data與分鐘數據表 datatest；浮標站數據表定義為BuoyHour。

Data、datatest表分別存放自動站小時、分鐘的資料，包括站號、站點名稱、氣溫、氣壓、風向、風速、相對濕度、雨量等氣象要素。

bouyHour表存放浮標站數據，包含自動站信息及部分海洋信息資料。

其他探測資料的數據（雷達、衛星、風廓線等）存放以文件形式存放，統一存放文件服務器，便于從平臺調取查閱。

4 代碼實現

以發布災害性天氣落區制作及預警信息發布為例，其代碼如下。

4.1災害性天氣落區的程序代碼

protected function fabuBtn_clickHandler（event：MouseEvent）：void

{ var graphicarr：ArrayCollection=disasterlayer.graphicProvider as ArrayCollection；//獲取當前地圖中災害預警范圍圖形

for（vari：Number=0；i

{ //將屬性信息為未發布的災害預警進行發布

if（graphicarr[i].attributes.state.toString（）==”未發布”）{

varpolygon：Polygon=graphicarr[i].geometry as Polygon；//獲取圖形的幾何多邊形

//將幾何多邊形信息編碼成Json格式，并調用WebService，保存到Oracle數據庫中 WS.SaveDisaster.send（graphicarr[i].attributes.name.toString（），com.esri.ags.utils.JSON.encode（graphicarr[i].geometry）.toString（），graphicarr[i].attributes.name.toString（））

}}}

4.2 災害性天氣預警發布的程序代碼：

///

/// 災害預警種類

/// 災害預警落區范圍幾何信息

/// 災害預警描述

public string SaveDisaster（string Catogray， string Graphic， string Description） {

string State = “啟動”；//初始化預警狀態

OracleConnection conn = new OracleConnection（conStr）；//初始化數據庫連接

conn.Open（）；//打開數據庫連接

Int64 maxid = this.getmax（"select FID from TWEA "）；

//設置數據庫連接字符串，把信息保存到數據庫中

string sqlStr = string.Format（"insert into TWEA （FID，CATOGRAY，DESCRIPTION，STATE，CREATETIME，GRAPHIC） values （ '{0}'，'{1}'，'{2}'，'{3}'，to_date（'{4}'，'YYYY-MM-DD HH24：MI：SS'），：GRAPHIC）"， maxid， Catogray， Description，State， DateTime.Now）；

OracleCommand cmd = new OracleCommand（sqlStr， conn）；

OracleParameter param = new OracleParameter（"：GRAPHIC"， OracleType.LongVarChar）；

param.Value = Graphic；

cmd.Parameters.Add（param）；

if （cmd.ExecuteNonQuery（） > 0）

{ conn.Close（）；return “發布成功”； }

else{ conn.Close（）； return “發布失敗”； } }

5 結語

（1）本文介紹的平臺包括災害性天氣實況預警與氣象服務業務系統是對青島市自動氣象觀測站、雷達、衛星、風廓線等實況資料的監測預警，是一套基于GIS的有效監測、跟蹤、定位、報警和診斷，對短時強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹等強對流天氣進行自動識別、預報、制作的綜合性預報業務平臺。

（2）通過系統建設可以實現全市災害性天氣信息和資源共享，實現強天氣預警的客觀化和預警發布的自動化，同時也為短時臨近預報搭建了更快速、方便、有效的工作平臺。

參考文獻

[1] 葉青，陳冰廉.Web GIS 技術及其在氣象領域的應用[J].廣西氣象，2004（9） ： 40-43.

[2] 李艷蘭，歐藝，周紹毅，等.廣西氣帶氣旋災害評估系統的開發與應用[J].氣象研究與應用，2008，29（4）：1-3.

[3] 陳懷亮，周毓荃.人影決策指揮地理信息平臺的建立和應用[J].南京氣象學院學報，2002，25（2）：265-270.

[4] 陳豫英，趙光平，王紅英.寧夏汛期地質災害氣象預報預警模型研究[J].災害學， 2005，20（3）：25-28.

風監測：實時十分風速、風向（風羽表示，顏色報警6級藍色、8級紅色、10級橙色、12級紅色）、陣風（數字表示，7級藍色、9級紅色、11級橙色、13級紅色）聲音報警。

能見度監控：能見度實時監控，以圖形與文字表示、顏色聲音報警，<1000 m藍色、<500 m黃色、<200 m橙色、<50 m紅色來表示，同時以聲音報警。

2.2 災害天氣氣象服務平臺設計

災害性天氣氣象服務平臺主要是根據服務需求，預報員便捷地瀏覽各數值預報結果或者集成預報結論，編輯、制作并發布預報結論及服務材料。

預報預測模塊：通過集成各數值預報結果，建立了以中、短期預報與災害性天氣預報系統警報為核心的預報業務系統。通過對衛星、雷達、自動站資料的同化，建立了短時強降水、大風、冰雹、海霧等強天氣的短時臨近精細化預報。同時計算各種災害性天氣指數參數并圖形化顯示[4]，便于預報員集成瀏覽各類數值預報。

預報服務模塊：通過集約化管理，集成顯示制作各種上報所需的決策資料，建立模板，一鍵式制作，人工干預后合成文檔，發布其所需單位。常規業務制作產品按照時間節點提請制作。同時平臺還有災情落區預報、災情收集、災害性天氣個例庫、預報指標文檔等信息。

3 數據庫設計

根據設計需求，氣象探測資料中自動站數據定義為2張表：小時數據表data與分鐘數據表 datatest；浮標站數據表定義為BuoyHour。

Data、datatest表分別存放自動站小時、分鐘的資料，包括站號、站點名稱、氣溫、氣壓、風向、風速、相對濕度、雨量等氣象要素。

bouyHour表存放浮標站數據，包含自動站信息及部分海洋信息資料。

其他探測資料的數據（雷達、衛星、風廓線等）存放以文件形式存放，統一存放文件服務器，便于從平臺調取查閱。

4 代碼實現

以發布災害性天氣落區制作及預警信息發布為例，其代碼如下。

4.1災害性天氣落區的程序代碼

protected function fabuBtn_clickHandler（event：MouseEvent）：void

{ var graphicarr：ArrayCollection=disasterlayer.graphicProvider as ArrayCollection；//獲取當前地圖中災害預警范圍圖形

for（vari：Number=0；i

{ //將屬性信息為未發布的災害預警進行發布

if（graphicarr[i].attributes.state.toString（）==”未發布”）{

varpolygon：Polygon=graphicarr[i].geometry as Polygon；//獲取圖形的幾何多邊形

//將幾何多邊形信息編碼成Json格式，并調用WebService，保存到Oracle數據庫中 WS.SaveDisaster.send（graphicarr[i].attributes.name.toString（），com.esri.ags.utils.JSON.encode（graphicarr[i].geometry）.toString（），graphicarr[i].attributes.name.toString（））

}}}

4.2 災害性天氣預警發布的程序代碼：

///

/// 災害預警種類

/// 災害預警落區范圍幾何信息

/// 災害預警描述

public string SaveDisaster（string Catogray， string Graphic， string Description） {

string State = “啟動”；//初始化預警狀態

OracleConnection conn = new OracleConnection（conStr）；//初始化數據庫連接

conn.Open（）；//打開數據庫連接

Int64 maxid = this.getmax（"select FID from TWEA "）；

//設置數據庫連接字符串，把信息保存到數據庫中

string sqlStr = string.Format（"insert into TWEA （FID，CATOGRAY，DESCRIPTION，STATE，CREATETIME，GRAPHIC） values （ '{0}'，'{1}'，'{2}'，'{3}'，to_date（'{4}'，'YYYY-MM-DD HH24：MI：SS'），：GRAPHIC）"， maxid， Catogray， Description，State， DateTime.Now）；

OracleCommand cmd = new OracleCommand（sqlStr， conn）；

OracleParameter param = new OracleParameter（"：GRAPHIC"， OracleType.LongVarChar）；

param.Value = Graphic；

cmd.Parameters.Add（param）；

if （cmd.ExecuteNonQuery（） > 0）

{ conn.Close（）；return “發布成功”； }

else{ conn.Close（）； return “發布失敗”； } }

5 結語

（1）本文介紹的平臺包括災害性天氣實況預警與氣象服務業務系統是對青島市自動氣象觀測站、雷達、衛星、風廓線等實況資料的監測預警，是一套基于GIS的有效監測、跟蹤、定位、報警和診斷，對短時強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹等強對流天氣進行自動識別、預報、制作的綜合性預報業務平臺。

（2）通過系統建設可以實現全市災害性天氣信息和資源共享，實現強天氣預警的客觀化和預警發布的自動化，同時也為短時臨近預報搭建了更快速、方便、有效的工作平臺。

參考文獻

[1] 葉青，陳冰廉.Web GIS 技術及其在氣象領域的應用[J].廣西氣象，2004（9） ： 40-43.

[2] 李艷蘭，歐藝，周紹毅，等.廣西氣帶氣旋災害評估系統的開發與應用[J].氣象研究與應用，2008，29（4）：1-3.

[3] 陳懷亮，周毓荃.人影決策指揮地理信息平臺的建立和應用[J].南京氣象學院學報，2002，25（2）：265-270.

[4] 陳豫英，趙光平，王紅英.寧夏汛期地質災害氣象預報預警模型研究[J].災害學， 2005，20（3）：25-28.

風監測：實時十分風速、風向（風羽表示，顏色報警6級藍色、8級紅色、10級橙色、12級紅色）、陣風（數字表示，7級藍色、9級紅色、11級橙色、13級紅色）聲音報警。

能見度監控：能見度實時監控，以圖形與文字表示、顏色聲音報警，<1000 m藍色、<500 m黃色、<200 m橙色、<50 m紅色來表示，同時以聲音報警。

2.2 災害天氣氣象服務平臺設計

災害性天氣氣象服務平臺主要是根據服務需求，預報員便捷地瀏覽各數值預報結果或者集成預報結論，編輯、制作并發布預報結論及服務材料。

預報預測模塊：通過集成各數值預報結果，建立了以中、短期預報與災害性天氣預報系統警報為核心的預報業務系統。通過對衛星、雷達、自動站資料的同化，建立了短時強降水、大風、冰雹、海霧等強天氣的短時臨近精細化預報。同時計算各種災害性天氣指數參數并圖形化顯示[4]，便于預報員集成瀏覽各類數值預報。

預報服務模塊：通過集約化管理，集成顯示制作各種上報所需的決策資料，建立模板，一鍵式制作，人工干預后合成文檔，發布其所需單位。常規業務制作產品按照時間節點提請制作。同時平臺還有災情落區預報、災情收集、災害性天氣個例庫、預報指標文檔等信息。

3 數據庫設計

根據設計需求，氣象探測資料中自動站數據定義為2張表：小時數據表data與分鐘數據表 datatest；浮標站數據表定義為BuoyHour。

Data、datatest表分別存放自動站小時、分鐘的資料，包括站號、站點名稱、氣溫、氣壓、風向、風速、相對濕度、雨量等氣象要素。

bouyHour表存放浮標站數據，包含自動站信息及部分海洋信息資料。

其他探測資料的數據（雷達、衛星、風廓線等）存放以文件形式存放，統一存放文件服務器，便于從平臺調取查閱。

4 代碼實現

以發布災害性天氣落區制作及預警信息發布為例，其代碼如下。

4.1災害性天氣落區的程序代碼

protected function fabuBtn_clickHandler（event：MouseEvent）：void

{ var graphicarr：ArrayCollection=disasterlayer.graphicProvider as ArrayCollection；//獲取當前地圖中災害預警范圍圖形

for（vari：Number=0；i

{ //將屬性信息為未發布的災害預警進行發布

if（graphicarr[i].attributes.state.toString（）==”未發布”）{

varpolygon：Polygon=graphicarr[i].geometry as Polygon；//獲取圖形的幾何多邊形

//將幾何多邊形信息編碼成Json格式，并調用WebService，保存到Oracle數據庫中 WS.SaveDisaster.send（graphicarr[i].attributes.name.toString（），com.esri.ags.utils.JSON.encode（graphicarr[i].geometry）.toString（），graphicarr[i].attributes.name.toString（））

}}}

4.2 災害性天氣預警發布的程序代碼：

///

/// 災害預警種類

/// 災害預警落區范圍幾何信息

/// 災害預警描述

public string SaveDisaster（string Catogray， string Graphic， string Description） {

string State = “啟動”；//初始化預警狀態

OracleConnection conn = new OracleConnection（conStr）；//初始化數據庫連接

conn.Open（）；//打開數據庫連接

Int64 maxid = this.getmax（"select FID from TWEA "）；

//設置數據庫連接字符串，把信息保存到數據庫中

string sqlStr = string.Format（"insert into TWEA （FID，CATOGRAY，DESCRIPTION，STATE，CREATETIME，GRAPHIC） values （ '{0}'，'{1}'，'{2}'，'{3}'，to_date（'{4}'，'YYYY-MM-DD HH24：MI：SS'），：GRAPHIC）"， maxid， Catogray， Description，State， DateTime.Now）；

OracleCommand cmd = new OracleCommand（sqlStr， conn）；

OracleParameter param = new OracleParameter（"：GRAPHIC"， OracleType.LongVarChar）；

param.Value = Graphic；

cmd.Parameters.Add（param）；

if （cmd.ExecuteNonQuery（） > 0）

{ conn.Close（）；return “發布成功”； }

else{ conn.Close（）； return “發布失敗”； } }

5 結語

（1）本文介紹的平臺包括災害性天氣實況預警與氣象服務業務系統是對青島市自動氣象觀測站、雷達、衛星、風廓線等實況資料的監測預警，是一套基于GIS的有效監測、跟蹤、定位、報警和診斷，對短時強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹等強對流天氣進行自動識別、預報、制作的綜合性預報業務平臺。

（2）通過系統建設可以實現全市災害性天氣信息和資源共享，實現強天氣預警的客觀化和預警發布的自動化，同時也為短時臨近預報搭建了更快速、方便、有效的工作平臺。

參考文獻

[1] 葉青，陳冰廉.Web GIS 技術及其在氣象領域的應用[J].廣西氣象，2004（9） ： 40-43.

[2] 李艷蘭，歐藝，周紹毅，等.廣西氣帶氣旋災害評估系統的開發與應用[J].氣象研究與應用，2008，29（4）：1-3.

[3] 陳懷亮，周毓荃.人影決策指揮地理信息平臺的建立和應用[J].南京氣象學院學報，2002，25（2）：265-270.

[4] 陳豫英，趙光平，王紅英.寧夏汛期地質災害氣象預報預警模型研究[J].災害學， 2005，20（3）：25-28.